论文部分内容阅读
芦荟大黄素是一类双羟基蒽醌类化合物,主要存在于大黄、番泻叶中,也是中药制剂茵陈蒿汤的重要活性成分。作为典型的蒽醌类化合物,芦荟大黄素具有三元共平面的芳香蒽环结构,在与DNA相互作用中倾向于以嵌入形式与DNA相互作用,从而影响遗传信息的复制、传递和表达,同时芦荟大黄素上的双酚羟基可通过间位羰基氧原子耦合金属离子形成配合物,与生物活性分子形成氢键,在抗癌、抗病毒、抗蛋白质聚集、消炎、神经保护、肝损伤保护、杀虫等方面具有广泛的应用前景。因此,芦荟大黄素在医药领域表现出较大的研究价值与广阔的应用前景,尤其是研发新结构抗微生物药物对战胜日趋严重的药物耐药性具有重要的意义。唑类化合物是一类富电子含氮芳香杂环,含有亲核性氮原子、芳香环结构,可通过氢键、π-π堆积等非共价键作用与多种生物酶、功能蛋白、DNA或关键信号分子等结合,通过改变分子构象、分子电子特性,以及使活性催化中心失活等方式在抗细菌、抗真菌、消炎、抗虫、抗癌、抗癫痫等方面展现出广阔的应用潜力和价值。然而耐药菌种的发展为唑类临床药物的使用带来了严峻的挑战。将唑类杂环片段引入天然药物分子母体骨架中可为先导化合物的开发提供新的希望。因此基于本课题组抗微生物唑类化合物的设计合成研究,参照近些年来芦荟大黄素及唑类化合物的研究发展状况,本工作设计合成了一系列芦荟大黄素唑类化合物,并通过抗细菌、抗真菌活性筛选、细胞膜通透性测试等研究,评估了所合成的化合物在药效学、药代动力学及分子对接模拟等方面的特性。主要工作包括:（1）综述了芦荟大黄素在药物化学领域的研究状况,包括抗癌、抗病毒、抗菌、消炎等方面,并展望了其发展趋势。（2）芦荟大黄素唑类化合物的制备:以天然产物芦荟大黄素I-1为起始原料,用氯化亚砜处理得到芦荟大黄素氯化物II-2。芦荟大黄素中间体II-2再与一系列唑类化合物反应制得对应的芦荟大黄素唑类目标化合物,包括咪唑类II-3a-c、三氮唑和四氮唑类II-4a-c、苯并咪唑类II-5a-d、咔唑类II-6、巯基唑类化合物II-7a-c和II-8。（3）芦荟大黄素唑醇类化合物的制备:芦荟大黄素I-1经氯化亚砜处理得到芦荟大黄素氯化物II-2,再与哌嗪偶合得到芦荟大黄素前体III-3,该化合物与环氧氯丙烷反应提供关键中间体III-4,然后再与一系列的咪唑类、三唑类、苯并咪唑类、咔唑类、巯基唑类等化合物开环得到相应的哌嗪桥连的芦荟大黄素唑醇类目标化合物III-5-11。（4）芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物的制备:以氯乙酸与硫脲为起始原料,通过环化反应制备噻唑烷二酮中间体IV-9,然后将该中间体通过与不同的芳香醛缩合得到一系列烯键桥连芳香环的噻唑烷二酮中间体IV-10-14,将氯甲基芦荟大黄素中间体II-2与中间体IV-10-14经亲核取代反应得到一系列相应的芦荟大黄素噻唑烷二酮类目标化合物IV-3-5。（5）所有新化合物的结构由核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱证实。（6）芦荟大黄素唑类衍生物的抗微生物活性研究亚甲基桥连的芦荟大黄素唑类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:抗菌活性研究发现部分芦荟大黄素唑类杂化体对革兰氏阳性菌的抑制活性与参考药物诺氟沙星相当甚至更强。其中,四氮唑取代的芦荟大黄素杂化体II-4b对大部分革兰氏阳性菌具有较好的抑制效果,尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有显著的活性,最小抑制浓度达2μg/m L,是参考药物诺氟沙星活性的4倍。苯并三唑杂化体II-5e、3-巯基-1,2,4-三氮唑杂化体II-7b对烟曲霉菌的最小抑制浓度为4μg/m L,优于参考药物氟康唑。哌嗪桥连的芦荟大黄素唑醇类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:在所合成的芦荟大黄素唑醇类衍生物中,2-溴咔唑芦荟大黄素杂化体III-11a能够有效地抑制革兰氏阳性菌的生长,其最小抑制浓度范围为1-16μg/m L,此外,2-巯基-1-甲基咪唑取代的衍生物III-5a对大肠杆菌25922显示出优异的抑制效果,其抑制效果是诺氟沙星的4倍。芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物的体外抗细菌与抗真菌活性:化合物IV-5a对金黄色葡萄球菌29213和肺炎克雷伯菌的最小抑制浓度分别为0.25μg/m L和1μg/m L,均为参考药物诺氟沙星抑制活性的4倍。（7）细菌耐药性发展探究:化合物II-4b和IV-5a分别表现出比参考药物诺氟沙星更缓慢的耐药性发展趋势。（8）细胞膜通透性研究:化合物II-4b、III-5a和IV-5a可有效透过细胞膜。（9）分子与DNA相互作用探究:化合物II-4b、III-5a和IV-5a与小牛胸腺DNA的相互作用由紫外可见光谱和荧光光谱等波谱方法证明。（10）分子对接研究:化合物II-4b对DNA异构酶可发生超分子作用从而抑制细菌的生长,化合物III-5a和化合物IV-5a能与细胞膜上转肽酶A复合物以氢键相互作用,进而影响菌体生命活动。本论文共合成化合物78个,其中新化合物57个,包括芦荟大黄素唑类化合物16个、芦荟大黄素唑醇化合物17个和芦荟大黄素噻唑烷二酮化合物21个。其中1个芦荟大黄素唑类化合物对临床耐药菌MRSA的活性强于参考药物诺氟沙星,芦荟大黄素唑醇类杂合体中有9个目标化合物抑制烟曲霉菌的生长优于参考药物氟康唑,芦荟大黄素噻唑烷二酮类化合物中有2个目标化合物对金黄色葡萄球菌29213的抑制效果优于诺氟沙星。此外,这些活性分子具有膜渗透能力,且能够与DNA形成超分子络合物,显示出具有多靶向作用。因此,这些芦荟大黄素类目标化合物作为新型抗菌候选药物值得进一步研究。该系列研究成果可为新的抗感染疾病药物的设计提供指导意义。